JP2004200389A - Oxide semiconductor light emitting element - Google Patents
Oxide semiconductor light emitting element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004200389A JP2004200389A JP2002366841A JP2002366841A JP2004200389A JP 2004200389 A JP2004200389 A JP 2004200389A JP 2002366841 A JP2002366841 A JP 2002366841A JP 2002366841 A JP2002366841 A JP 2002366841A JP 2004200389 A JP2004200389 A JP 2004200389A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zno
- plane
- oxide semiconductor
- cleavage
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学特性および信頼性に優れた酸化物半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
酸化亜鉛(ZnO)は、約3.4eVのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体であり、励起子結合エネルギーが60meVと極めて高く、原材料が安価で、環境や人体に無害であり、成膜手法が簡便である等の特徴を有している。尚、以下において、ZnO系半導体とは、ZnOおよびこれを母体としたMgZnOあるいはCdZnO等で表される混晶を含めるものとする。
【0003】
上記ZnOは、強いイオン性に起因する自己補償効果のために従来p型での導電型制御が困難であったが、アクセプタ不純物として窒素(N)を用いることによってp型化が実現し、ZnO系半導体を用いて高効率な発光素子を作製すべく、多くの研究がなされるようになってきている。
【0004】
中でも、発振波長が400nm近傍にある青色半導体レーザ素子は、次世代の高密度なディジタル光記録用光源への適用を始めとして実用化が切望されており、ZnO系半導体で青色半導体レーザ素子を作製することができれば、現在実用化されているIII族窒化物半導体を用いた青色半導体レーザ素子よりも高効率・低消費電力で環境性に優れた発光デバイスを実現できる可能性がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ZnO系半導体によって青色半導体レーザ素子を作製する場合には以下のような問題がある。
【0006】
すなわち、半導体レーザ素子においては、導波路の延在方向に垂直な一対の反射端面を有するレーザ共振器を形成する必要がある。GaAs/AlGaAs系材料等は、劈開性を有するため、原子レベルで平坦な反射端面を得ることができる。ところが、上記ZnO系半導体は、六方晶であるために立方晶系半導体に比べて劈開が難しい。特に、サファイア基板上に形成された半導体レーザ素子は、サファイア基板が劈開性を有しないことから、ドライエッチング等の手法によって反射端面を形成せざるを得ない。
【0007】
しかながら、エッチングによる反射端面は平坦性と平行度とが良好ではなく、劈開によって反射端面が形成された半導体レーザ素子に比べて特性が大きく劣ってしまうという問題がある。さらに、製造プロセスが複雑になり、高コスト化するという問題もある。
【0008】
そこで、この発明の目的は、簡便な手法で反射端面を形成することができ、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1つとし、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面を劈開によって形成しており、上記劈開面を(1 1 −2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)の何れか1つとしている。
【0010】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0011】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるM面であり、上記劈開面は六方晶系におけるA面である。そして、上記A面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記A面は、上記成長面であるM面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0012】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0013】
また、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1とし、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成しており、上記劈開面は(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つとしている。
【0014】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0015】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるM面であり、上記劈開面は六方晶系におけるC面である。そして、上記C面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記C面は、上記成長面であるM面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0016】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0017】
また、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つとし、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面を劈開によって形成しており、上記劈開面を(1−1 0 0),(0−1 10),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)の何れか1つとしている。
【0018】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0019】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるA面であり、上記劈開面は六方晶系におけるM面である。そして、上記M面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記M面は、上記成長面であるA面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0020】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0021】
また、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つとし、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面を劈開によって形成しており、上記劈開面を(0 0 0 1)および(0 00−1)の何れか1つとしている。
【0022】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0023】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるA面であり、上記劈開面は六方晶系におけるC面である。そして、上記C面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記C面は、上記成長面であるA面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0024】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0025】
また、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つとして、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面を劈開によって形成しており、上記劈開面を(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1つとしている。
【0026】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0027】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるC面であり、上記劈開面は六方晶系におけるM面である。そして、上記M面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記M面は、上記成長面であるC面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0028】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0029】
また、この発明は、ZnO基板上に形成された六方晶のZnO系半導体層を含む酸化物半導体発光素子であって、上記ZnO基板の成長面を(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つとし、各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路を形成すると共に、上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面を劈開によって形成しており、上記劈開面を(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つとしている。
【0030】
上記構成によれば、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。
【0031】
また、上記ZnO基板の成長面は六方晶系におけるC面であり、上記劈開面は六方晶系におけるA面である。そして、上記A面は容易劈開面であって極めて平坦性に優れており、反射端面として用いることが可能である。さらに、上記A面は、上記成長面であるC面に直交しているため、上記一対の共振器端面を劈開で形成することによって、両反射端面の平行度が極めて高くなる。
【0032】
したがって、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0033】
また、1実施例の酸化物半導体発光素子では、上記ZnO基板の成長主面を、上記成長面から15゜以下の傾斜を有するようにしている。
【0034】
この実施例によれば、上記ZnO基板として、成長面から傾斜している「オフ基板」が使用されている。このような「オフ基板」は、成長主面にステップおよびテラスが形成されているので、材料原子がステップに取り込まれて2次元成長する「ステップフロー成長」が生じ易い。したがって、平坦性に優れたZnO系半導体層が得られ、発光効率と信頼性とに優れた酸化物半導体発光素子が作製される。
【0035】
また、1実施例の酸化物半導体発光素子では、上記劈開面に接して形成されると共に、屈折率が異なる複数の無機材料薄膜が積層されて成る多層反射膜を備えている。
【0036】
この実施例によれば、複数の無機材料薄膜が積層されて成る多層反射膜が、レーザ光が出射される劈開反射端面に形成されている。こうすることによって、上記無機材料薄膜の積層数によって反射率が制御可能になると共に、還元雰囲気からの保護効果が高くなる。したがって、長時間の駆動に対しても優れた信頼性が得られる。
【0037】
また、1実施例の酸化物半導体発光素子では、上記一対の劈開面上に形成された各多層反射膜は異なる反射率を有している。
【0038】
この実施例によれば、上記一対の劈開面のうちの一方の多層反射膜を高反射率とし、他方の多層反射膜を低反射率とすることによって、損失が抑制されて光出射効率が向上される。
【0039】
また、1実施例の酸化物半導体発光素子では、上記一対の劈開面上に形成された各多層反射膜の反射率を5%以上且つ95%以下にしている。
【0040】
この実施例によれば、一対の劈開面のうちの一方における多層反射膜の反射率を、十分な光出力を確保できる5%以上且つ35%以下とする一方、他方における多層反射膜の反射率を、十分な反射率を確保できる70%以上且つ95%以下とすることが可能になる。こうして、さらに光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0042】
図4は、六方晶ZnO系半導体の結晶構造を表す模式図である。ZnO系半導体は、容易劈開面としてC面,M面およびA面を有しており、これらは互いに直交している。すなわち、これら3つの面のうちの何れか2つを結晶成長面および劈開反射端面に選ぶことによって、特性に優れた酸化物半導体レーザ素子を実現することが可能になるのである。
【0043】
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の酸化物半導体発光素子の一例であるZnO系半導体レーザ素子13における構造を示す斜視図である。また、図2は側面図である。
【0044】
本ZnO系半導体レーザ素子13は、(1−1 0 0)面を成長面としたn型ZnO単結晶基板1上に、Gaドーピング濃度が1×1018cm-3で厚さが0.1μmのn型ZnOバッファ層2、Gaドーピング濃度が3×1018cm-3で厚さが1μmのn型Mg0.1Zn0.9Oクラッド層3、Gaドーピング濃度が5×1017cm-3で厚さが30nmのn型ZnO光ガイド層4、ノンドープ量子井戸活性層5、Nドーピング濃度が1×1018cm-3で厚さが30nmのp型ZnO光ガイド層6、Nドーピング濃度が5×1019cm-3で厚さが1.2μmのp型Mg0.1Zn0.9Oクラッド層7、Nドーピング濃度が1×1020cm-3で厚さが0.5μmのp型ZnOコンタクト層8が、順次積層されている。
【0045】
上記量子井戸活性層5は、厚さ5nmのZnO障壁層を2層と厚さ6nmのCd0.1Zn0.9O井戸層を3層とを、交互に積層して構成されている。また、p型ZnOコンタクト層8およびp型Mg0.1Zn0.9Oクラッド層7は、[1 1−2 0]方向にリッジストライプ状にエッチング加工されており、リッジストライプの側面はGaが3×1018cm-3の濃度でドーピングされたn型Mg0.2Zn0.8O電流ブロック層9によって埋め込まれている。
【0046】
また、上記n型ZnO単結晶基板1の下面にはn型オーミック電極10が形成され、p型ZnOコンタクト層8およびn型Mg0.2Zn0.8O電流ブロック層9の上面にはp型オーミック電極11が形成されている。
【0047】
さらに、光共振器を形成する光反射端面は、上記リッジストライプの延在方向[1 1−2 0]に垂直な(1 1−2 0)面を劈開することによって形成され、前後の両光反射面には、厚さが60nmのMgO層12aと厚さが70nmのSiO2層12bとが交互に積層されて成る多層反射膜12が積層されている。その際に、波長が405nmの光に対する反射率が、一方(前方)の光反射面が30%になり、他方(後方)の光反射面が95%になるように、夫々の多層反射膜12におけるMgO層12aとSiO2層12bとの積層数が調整されている。
【0048】
本実施の形態は、上記ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのM面およびA面を、成長面および光反射端面としたことに特徴を有している。
【0049】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子13に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が405nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流は40mAであり、素子寿命(60℃,光出力5mWで連続発振させて動作電流が初期値よりも20%増大した時間で定義する)は10,000時間であった。
【0050】
比較例として、光反射端面を、劈開ではなくドライエッチングによって形成したZnO系半導体レーザ素子を作成した。その場合には、発振閾値電流が30%増大し、素子寿命は2,000時間と1/5になった。
【0051】
上述したように、本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子13では、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子が形成される。また、劈開によって光反射端面を形成しているために、平坦性,垂直性および平行度が優れている。したがって、光反射端面をドライエッチングによって形成した比較例のZnO系半導体レーザ素子に比して特性を向上することができるのである。
【0052】
図3に、(1−1 0 0)面に対して種々の傾斜を有するZnO単結晶基板を用いてZnO系半導体レーザ素子13と同様のZnO系半導体レーザ素子を作製した場合における基板オフ角度と発光強度との関係を示す。尚、図3における発光強度は、発振閾値電流以下の20mAでZnO系半導体レーザ素子を駆動し、その自然放出光の強度を比較したものである。
【0053】
図3によれば、オフ角度が15゜までは、傾斜の無い「ジャスト基板」に比べて発光強度が増大し、オフ角度が15゜を越えると発光強度が急激に減少する。すなわち、成長面が15゜以下の傾斜を有する「オフ基板」を用いることが好ましいことが分る。
【0054】
尚、上述のごとく、「オフ基板」を用いると発光強度が増大する理由は、材料原子がステップに取り込まれて2次元成長する「ステップフロー成長」が生じ、ZnO系半導体層の結晶性と平坦性とが改善されたためであり、特に傾斜角15゜までのオフ基板であれば、適度なステップの高さとテラスの広さとを有するために優れた成長層の平坦性が得られたものと考えられる。
【0055】
本実施の形態において示したように、半導体レーザ素子の一方の端面を高反射とする一方、他方の端面を低反射とすることによって、光出射効率を向上させることができる。また、端面を酸化物多層膜である多層反射膜12で覆うことによって、ZnO系半導体レーザ素子13を還元雰囲気から保護するのみならず、積層数によって反射率を制御することができ、反射損失を低減して発振閾値電流を下げ、信頼性に優れたZnO系半導体レーザ素子13を作製することができるのである。
【0056】
尚、半導体レーザ素子の端面反射率は、一方の端面(前面)の反射率が5%〜35%であれば十分な光出力を確保でき、且つ、他方の端面(後面)の反射率が70%以上であれば十分な反射率を確保できる。但し、半導体レーザ素子の光出力をモニタするために上記後面からの光出力を受光素子(図示せず)で検出する場合には、上記後面の反射率を90%以下にすることが好ましい。
【0057】
・第2実施の形態
本実施の形態においては、リッジストライプを[0 0 0 1]方向に形成し、上記リッジストライプの延在方向に垂直な(0 0 0 1)面を劈開することによって光反射端面を形成した他は、上記第1実施の形態と同様にしてZnO系半導体レーザ素子を作製している。
【0058】
つまり、本実施の形態は、上記六方晶ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのM面およびC面を、成長面および反射端面としたものである。
【0059】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が410nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流および素子寿命は、上記第1実施の形態と同様に40mAおよび10,000時間であった。
【0060】
・第3実施の形態
本実施の形態においては、成長面としてZnO単結晶基板の(1 1−2 0)面を用い、リッジストライプを[1−1 0 0]方向に形成し、上記リッジストライプの延在方向に垂直な(1−1 0 0)面を劈開することによって光反射端面を形成した他は、上記第1実施の形態と同様にしてZnO系半導体レーザ素子を作製している。
【0061】
つまり、本実施の形態は、上記六方晶ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのA面およびM面を、成長面および反射端面としたものである。
【0062】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が410nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流および素子寿命は、上記第1実施の形態と同様に40mAおよび10,000時間であった。
【0063】
・第4実施の形態
本実施の形態においては、リッジストライプを[0 0 0 1]方向に形成し、上記リッジストライプの延在方向に垂直な(0 0 0 1)面を劈開することによって光反射端面を形成した他は、上記第3実施の形態と同様にしてZnO系半導体レーザ素子を作製している。
【0064】
つまり、本実施の形態は、上記六方晶ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのA面およびC面を、成長面および反射端面としたものである。
【0065】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が410nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流および素子寿命は、上記第1実施の形態と同様に40mAおよび10,000時間であった。
【0066】
・第5実施の形態
本実施の形態においては、成長面としてZnO単結晶基板の(0 0 0 1)面を用い、リッジストライプを[1 1−2 0]方向に形成し、上記リッジストライプの延在方向に垂直な(1 1−2 0)面を劈開することによって光反射端面を形成した他は、上記第1実施の形態と同様にしてZnO系半導体レーザ素子を作製している。
【0067】
つまり、本実施の形態は、上記六方晶ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのC面およびA面を、成長面および反射端面としたものである。
【0068】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が410nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流および素子寿命は、上記第1実施の形態と同様に40mAおよび10,000時間であった。
【0069】
・第6実施の形態
本実施の形態においては、リッジストライプを[1−1 0 0]方向に形成し、上記リッジストライプの延在方向に垂直な(1−1 0 0)面を劈開することによって光反射端面を形成した他は、上記第5実施の形態と同様にしてZnO系半導体レーザ素子を作製している。
【0070】
つまり、本実施の形態は、上記六方晶ZnO系半導体における容易劈開面である互いに直交した3つのC面,M面およびA面のうちのC面およびM面を、成長面および反射端面としたものである。
【0071】
本実施の形態におけるZnO系半導体レーザ素子に電流を流したところ、劈開反射端面から波長が410nmの青色発振光が得られた。その場合における発振閾値電流および素子寿命は、上記第1実施の形態と同様に40mAおよび10,000時間であった。
【0072】
尚、上記各実施の形態においては、上記六方晶ZnO系半導体におけるM面として(1−1 0 0)面を例示しているが、(0−1 1 0)面,(−1 0 1 0)面,(−1 1 0 0)面,(0 1−1 0)面あるいは(1 0−1 0)面を用いても一向に差し支えない。また、A面として(1 1−2 0)面を例示しているが、(2−1−1 0)面,(1−2 1 0)面,(−1−1 2 0)面,(−2 1 1 0)面および(−1 2−1 0)面を用いても一向に差し支えない。また、C面として(0 00 1)面を例示しているが、(0 0 0−1)面を用いても一向に差し支えないのである。
【0073】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0074】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるM面とし、一対の共振器端面を上記M面に直交したA面としている。したがって、容易劈開面であるA面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるA面はM面に平行な接合面方向に垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0075】
また、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0076】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるM面とし、一対の共振器端面を上記M面に直交したC面としている。したがって、容易劈開面であるC面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるC面はM面に平行な接合面方向に対して垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0077】
また、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0078】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるA面とし、一対の共振器端面を上記A面に直交したM面としている。したがって、容易劈開面であるM面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるM面はA面に平行な接合面方向に対して垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0079】
また、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0080】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるA面とし、一対の共振器端面を上記A面に直交したC面としている。したがって、容易劈開面であるC面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるC面はA面に平行な接合面方向に対して垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0081】
また、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0082】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるC面とし、一対の共振器端面を上記C面に直交したA面としている。したがって、容易劈開面であるA面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるA面はC面に平行な接合面方向に垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0083】
また、この発明の酸化物半導体発光素子は、基板材料として、ZnO系半導体層を成長させるのに最も適したZnO基板を使用している。したがって、結晶欠陥や格子歪の極めて少ない酸化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【0084】
さらに、上記ZnO基板の成長面を六方晶系におけるC面とし、一対の共振器端面を上記C面に直交したM面としている。したがって、容易劈開面であるM面を劈開して共振器端面を形成することができ、エッチングによって形成した場合に比して光反射端面の平坦性を大幅に高めることができる。その場合、劈開面であるM面はC面に平行な接合面方向に垂直である。したがって、両反射端面の平行度を極めて高くすることができる。
【0085】
すなわち、上記各発明によれば、劈開という簡便な手法で平坦性と平行度とに優れた反射端面を形成することができ、光学特性と信頼性とに優れた酸化物半導体レーザ素子を提供することができるのである。
【0086】
尚、上記ZnO基板の成長主面を上記成長面から15゜以下の傾斜を有する「オフ基板」とすれば、平坦性に優れたZnO系半導体層を得ることができ、さらに発光効率と信頼性とに優れた酸化物半導体発光素子を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の酸化物半導体発光素子の一例であるZnO系半導体レーザ素子における斜視図である。
【図2】図1示すZnO系半導体レーザ素子の側面図である。
【図3】(1−1 0 0)面に対して傾斜を有するZnO単結晶基板を用いた場合におけるオフ角度と発光強度との関係を示す図である。
【図4】六方晶ZnO系半導体の結晶構造を表す模式図である。
【符号の説明】
1…n型ZnO単結晶基板、
2…n型ZnOバッファ層、
3…n型Mg0.1Zn0.9Oクラッド層、
4…n型ZnO光ガイド層、
5…ノンドープ量子井戸活性層、
6…p型ZnO光ガイド層、
7…p型Mg0.1Zn0.9Oクラッド層、
8…p型ZnOコンタクト層、
9…n型Mg0.2Zn0.8O電流ブロック層、
10…n型オーミック電極、
11…p型オーミック電極、
12a…MgO層、
12b…SiO2層、
12…多層反射膜、
13…ZnO系半導体レーザ素子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxide semiconductor light emitting device having excellent optical characteristics and reliability.
[0002]
[Prior art]
Zinc oxide (ZnO) is a direct transition semiconductor having a band gap energy of about 3.4 eV, has an extremely high exciton binding energy of 60 meV, is inexpensive in raw materials, is harmless to the environment and the human body, and has a film forming method. Have features such as simplicity. In the following, the ZnO-based semiconductor includes ZnO and a mixed crystal represented by MgZnO, CdZnO or the like using the same as a host.
[0003]
Conventionally, it has been difficult to control the conductivity type of ZnO to p-type because of the self-compensation effect caused by strong ionicity. However, by using nitrogen (N) as an acceptor impurity, p-type is realized, and ZnO is realized. Many studies have been made to manufacture a highly efficient light-emitting element using a system semiconductor.
[0004]
Among them, the blue semiconductor laser device having an oscillation wavelength of around 400 nm is expected to be put to practical use, including application to a next-generation high-density light source for digital optical recording, and the blue semiconductor laser device is manufactured from a ZnO-based semiconductor. If it can be performed, there is a possibility that a light emitting device with higher efficiency, lower power consumption and more environmental friendliness than a blue semiconductor laser device using a group III nitride semiconductor which is currently in practical use can be realized.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a blue semiconductor laser device is manufactured using the ZnO-based semiconductor, there are the following problems.
[0006]
That is, in the semiconductor laser device, it is necessary to form a laser resonator having a pair of reflection end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide. Since a GaAs / AlGaAs-based material or the like has a cleavage property, a flat reflection end face can be obtained at an atomic level. However, since the ZnO-based semiconductor is hexagonal, cleavage is more difficult than that of a cubic semiconductor. In particular, in a semiconductor laser device formed on a sapphire substrate, since the sapphire substrate has no cleavage property, a reflection end face has to be formed by a method such as dry etching.
[0007]
However, there is a problem that the flatness and parallelism of the reflection end face formed by etching are not good, and the characteristics are greatly inferior to those of the semiconductor laser device having the reflection end face formed by cleavage. Further, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated and the cost increases.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxide semiconductor laser device that can form a reflection end face by a simple method and has excellent optical characteristics and reliability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention relates to an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (1-1100) , (0-11 0), (-1 10 10), (-1 10 0), (0 1-1 0), and (1 10-10) A waveguide is formed extending parallel to the direction of the junction surface of the ZnO-based semiconductor layer, and a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage. (11-20), (2-1-10), (1-210), (1-120), (2-110) and (-12-10) Any one of the following.
[0010]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0011]
The growth plane of the ZnO substrate is an M plane in a hexagonal system, and the cleavage plane is an A plane in a hexagonal system. The surface A is an easily cleaved surface and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end surface. Further, since the A-plane is orthogonal to the M-plane, which is the growth plane, by forming the pair of resonator end faces by cleavage, the parallelism between the two reflection end faces becomes extremely high.
[0012]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0013]
Further, the present invention is an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (1-100), (0-1). 10), (-1 0 10), (-1 1 10), (0 1-10), and (1 10-10), and each one is a junction of each ZnO-based semiconductor layer. The waveguide extends in parallel with the plane direction to form a waveguide, and a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage, and the cleavage plane is (0 0 0 1) And (0 0 -1).
[0014]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0015]
The growth plane of the ZnO substrate is an M plane in a hexagonal system, and the cleavage plane is a C plane in a hexagonal system. The C plane is an easily cleaved plane and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end face. Further, since the C plane is orthogonal to the M plane, which is the growth plane, the parallelism between the two reflection end faces becomes extremely high by forming the pair of resonator end faces by cleavage.
[0016]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0017]
Further, the present invention is an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (11-20), (2-1). -10), (1-210), (-1-120), (-2110) and (-12-10), and each ZnO-based A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of the semiconductor layer, and a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage. -1 100), (0-1 10), (-1 10 10), (-1 10 0), (0 1-10), and (1 0-10) I have.
[0018]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0019]
The growth plane of the ZnO substrate is the A plane in the hexagonal system, and the cleavage plane is the M plane in the hexagonal system. The M plane is an easily cleaved plane and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end face. Further, since the M plane is orthogonal to the A plane, which is the growth plane, the parallelism between the two reflection end faces is extremely high by forming the pair of resonator end faces by cleavage.
[0020]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0021]
Further, the present invention is an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (11-20), (2-1). -10), (1-210), (-1-120), (-2110) and (-12-10), and each ZnO-based A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of the semiconductor layer, and a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage. 001) and (0000-1).
[0022]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0023]
The growth plane of the ZnO substrate is the A plane in the hexagonal system, and the cleavage plane is the C plane in the hexagonal system. The C plane is an easily cleaved plane and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end face. Furthermore, since the C plane is orthogonal to the A plane, which is the growth plane, the parallelism between the two reflection end faces is extremely high by forming the pair of resonator end faces by cleavage.
[0024]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0025]
Further, the present invention is an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (0 0 0 1) and (0 0 0- As any one of 1), a waveguide is formed extending in parallel with the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer, and a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are cleaved. And the cleavage planes are defined as (1-1 0 0), (0-1 10), (-1 0 1 0), (-1 1 0 0), (0 1-10) and (10-10).
[0026]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0027]
The growth plane of the ZnO substrate is a C plane in a hexagonal system, and the cleavage plane is an M plane in a hexagonal system. The M plane is an easily cleaved plane and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end face. Further, since the M plane is orthogonal to the C plane which is the growth plane, the parallelism between the two reflection end faces is extremely high by forming the pair of resonator end faces by cleavage.
[0028]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0029]
Further, the present invention is an oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate, wherein the growth surface of the ZnO substrate is (0 0 0 1) and (0 0 0- 1), forming a waveguide extending in parallel with the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer, and cleaving a pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide. And the cleavage planes are defined as (1 1-2 0), (2-1-10), (1-2 10), (1-1 12 0), (-2 11 10). ) And (-1 2-10).
[0030]
According to the above configuration, a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer is used as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion is formed.
[0031]
The growth plane of the ZnO substrate is a C plane in a hexagonal system, and the cleavage plane is an A plane in a hexagonal system. The surface A is an easily cleaved surface and has extremely excellent flatness, and can be used as a reflection end surface. Further, since the A-plane is orthogonal to the C-plane, which is the growth plane, by forming the pair of resonator end faces by cleavage, the parallelism between the two reflection end faces becomes extremely high.
[0032]
Therefore, an oxide semiconductor laser device having excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0033]
In the oxide semiconductor light emitting device of one embodiment, the main growth surface of the ZnO substrate has an inclination of 15 ° or less from the growth surface.
[0034]
According to this embodiment, an "off substrate" inclined from the growth surface is used as the ZnO substrate. In such an “off-substrate”, since steps and terraces are formed on the main growth surface, “step flow growth” in which material atoms are taken in steps and two-dimensionally grow, is likely to occur. Therefore, a ZnO-based semiconductor layer having excellent flatness can be obtained, and an oxide semiconductor light-emitting element having excellent luminous efficiency and reliability can be manufactured.
[0035]
Further, the oxide semiconductor light emitting device of one embodiment includes a multilayer reflective film formed in contact with the cleavage plane and formed by laminating a plurality of inorganic material thin films having different refractive indexes.
[0036]
According to this embodiment, a multilayer reflection film formed by laminating a plurality of inorganic material thin films is formed on a cleavage reflection end face from which laser light is emitted. By doing so, the reflectance can be controlled by the number of layers of the inorganic material thin film, and the effect of protection from a reducing atmosphere can be enhanced. Therefore, excellent reliability can be obtained even for long-time driving.
[0037]
Further, in the oxide semiconductor light emitting device of one embodiment, each of the multilayer reflective films formed on the pair of cleavage planes has a different reflectance.
[0038]
According to this embodiment, one of the pair of cleavage planes has a high reflectivity and the other has a low reflectivity, thereby suppressing loss and improving light emission efficiency. Is done.
[0039]
In the oxide semiconductor light emitting device of one embodiment, the reflectance of each of the multilayer reflective films formed on the pair of cleavage planes is 5% or more and 95% or less.
[0040]
According to this embodiment, the reflectivity of the multilayer reflective film at one of the pair of cleavage planes is set to 5% or more and 35% or less at which a sufficient light output is ensured, while the reflectivity of the multilayer reflective film at the other is set. Can be set to 70% or more and 95% or less which can secure a sufficient reflectance. Thus, an oxide semiconductor laser device having more excellent optical characteristics and reliability can be obtained.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0042]
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a crystal structure of a hexagonal ZnO-based semiconductor. The ZnO-based semiconductor has a C-plane, an M-plane, and an A-plane as easy cleavage planes, which are orthogonal to each other. That is, by selecting any two of these three surfaces as the crystal growth surface and the cleavage reflection end surface, it becomes possible to realize an oxide semiconductor laser device having excellent characteristics.
[0043]
・ First embodiment
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a ZnO based
[0044]
The present ZnO-based
[0045]
The quantum well
[0046]
On the lower surface of the n-type ZnO
[0047]
Further, the light reflecting end face forming the optical resonator is formed by cleaving the (11-20) plane perpendicular to the extending direction [11-20] of the ridge stripe. On the reflecting surface, a 60 nm thick MgO layer 12a and a 70 nm thick SiO Two The multilayer
[0048]
The present embodiment is characterized in that the M-plane and the A-plane among the three orthogonal C-planes, the M-planes and the A-planes, which are easy cleavage planes in the ZnO-based semiconductor, are used as the growth plane and the light reflection end face. have.
[0049]
When a current was applied to the ZnO-based
[0050]
As a comparative example, a ZnO-based semiconductor laser device in which the light reflecting end face was formed by dry etching instead of cleavage was prepared. In that case, the oscillation threshold current was increased by 30%, and the device life was reduced to 1/5, that is, 2,000 hours.
[0051]
As described above, in the ZnO-based
[0052]
FIG. 3 shows the substrate off-angle and the substrate off angle when a ZnO-based semiconductor laser device similar to the ZnO-based
[0053]
According to FIG. 3, the emission intensity increases up to the off angle of 15 ° as compared with the “just substrate” having no inclination, and the emission intensity sharply decreases when the off angle exceeds 15 °. That is, it is understood that it is preferable to use an “off substrate” whose growth surface has an inclination of 15 ° or less.
[0054]
As described above, the reason why the emission intensity is increased when the “off substrate” is used is that “step flow growth” occurs in which material atoms are incorporated into steps and two-dimensionally grow, and the crystallinity and flatness of the ZnO-based semiconductor layer are increased. In particular, it is considered that an off-substrate having an inclination angle of up to 15 ° has an excellent flatness of a grown layer because of having an appropriate step height and a wide terrace. Can be
[0055]
As described in the present embodiment, light emission efficiency can be improved by making one end face of the semiconductor laser element highly reflective and making the other end face low reflection. In addition, by covering the end face with the multilayer
[0056]
As for the end face reflectivity of the semiconductor laser element, if the reflectivity of one end face (front face) is 5% to 35%, a sufficient light output can be secured, and the reflectivity of the other end face (rear face) is 70%. % Or more, a sufficient reflectance can be secured. However, when the light output from the rear surface is detected by a light receiving element (not shown) in order to monitor the light output of the semiconductor laser device, it is preferable that the reflectance of the rear surface be 90% or less.
[0057]
・ Second embodiment
In the present embodiment, the ridge stripe is formed in the [0 0 0 1] direction, and the (0 0 1) plane perpendicular to the extending direction of the ridge stripe is cleaved to form the light reflection end face. Manufactures a ZnO-based semiconductor laser device in the same manner as in the first embodiment.
[0058]
That is, in the present embodiment, the M-plane and the C-plane among the three C-planes, M-planes, and A-planes, which are easy cleavage planes in the hexagonal ZnO-based semiconductor, are used as the growth plane and the reflection end plane. Things.
[0059]
When a current was applied to the ZnO-based semiconductor laser device in the present embodiment, blue oscillation light having a wavelength of 410 nm was obtained from the cleavage reflection end face. In this case, the oscillation threshold current and the device life were 40 mA and 10,000 hours as in the first embodiment.
[0060]
・ Third embodiment
In this embodiment, a (11-20) plane of a ZnO single crystal substrate is used as a growth surface, a ridge stripe is formed in a [1-1100] direction, and the ridge stripe is perpendicular to the extending direction of the ridge stripe. A ZnO-based semiconductor laser device is manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the light reflecting end face is formed by cleaving the (1-1100) plane.
[0061]
That is, in the present embodiment, the A-plane and the M-plane among the three C-planes, the M-planes, and the A-planes, which are easy cleavage planes, in the hexagonal ZnO-based semiconductor are defined as the growth plane and the reflection end face. Things.
[0062]
When a current was applied to the ZnO-based semiconductor laser device in the present embodiment, blue oscillation light having a wavelength of 410 nm was obtained from the cleavage reflection end face. In this case, the oscillation threshold current and the device life were 40 mA and 10,000 hours as in the first embodiment.
[0063]
-Fourth embodiment
In the present embodiment, the ridge stripe is formed in the [0 0 0 1] direction, and the (0 0 1) plane perpendicular to the extending direction of the ridge stripe is cleaved to form the light reflection end face. Manufactures a ZnO-based semiconductor laser device in the same manner as in the third embodiment.
[0064]
That is, in the present embodiment, the A-plane and the C-plane among the three C-planes, M-planes, and A-planes, which are easy cleavage planes in the hexagonal ZnO-based semiconductor, are defined as the growth plane and the reflection end face. Things.
[0065]
When a current was applied to the ZnO-based semiconductor laser device in the present embodiment, blue oscillation light having a wavelength of 410 nm was obtained from the cleavage reflection end face. In this case, the oscillation threshold current and the device life were 40 mA and 10,000 hours as in the first embodiment.
[0066]
-Fifth embodiment
In the present embodiment, a (0 0 1) plane of a ZnO single crystal substrate is used as a growth surface, a ridge stripe is formed in the [11-20] direction, and the ridge stripe is perpendicular to the extending direction of the ridge stripe. A ZnO-based semiconductor laser device is manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the light reflecting end surface is formed by cleaving the (11-20) plane.
[0067]
That is, in the present embodiment, the C-plane and the A-plane among the three C-planes, M-planes, and A-planes which are easy cleavage planes in the hexagonal ZnO-based semiconductor are defined as the growth plane and the reflection end face. Things.
[0068]
When a current was applied to the ZnO-based semiconductor laser device in the present embodiment, blue oscillation light having a wavelength of 410 nm was obtained from the cleavage reflection end face. In this case, the oscillation threshold current and the device life were 40 mA and 10,000 hours as in the first embodiment.
[0069]
-Sixth embodiment
In the present embodiment, the ridge stripe is formed in the [1-1100] direction, and the light reflecting end face is formed by cleaving the (1-1100) plane perpendicular to the extending direction of the ridge stripe. Except for this, a ZnO-based semiconductor laser device is manufactured in the same manner as in the fifth embodiment.
[0070]
That is, in the present embodiment, the C-plane and the M-plane among the three C-planes, M-planes, and A-planes, which are easy cleavage planes in the hexagonal ZnO-based semiconductor, are defined as the growth plane and the reflection end face. Things.
[0071]
When a current was applied to the ZnO-based semiconductor laser device in the present embodiment, blue oscillation light having a wavelength of 410 nm was obtained from the cleavage reflection end face. In this case, the oscillation threshold current and the device life were 40 mA and 10,000 hours as in the first embodiment.
[0072]
In each of the above-described embodiments, the (1-1100) plane is exemplified as the M plane in the hexagonal ZnO-based semiconductor, but the (0-11) plane and the (-1010) plane. ) Plane, (-1 110) plane, (0 1-10) plane, or (10-10) plane may be used. Although the (1-120) plane is illustrated as the A plane, the (2-1-10) plane, the (1-210) plane, the (1-1-12) plane, The use of the (−211 0) plane and the (−1 2-10) plane does not matter. In addition, although the (0 00 1) plane is exemplified as the C plane, the (0 0 0-1) plane can be used without any problem.
[0073]
【The invention's effect】
As is clear from the above, the oxide semiconductor light emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0074]
Further, the growth surface of the ZnO substrate is an M-plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is an A-plane orthogonal to the M-plane. Therefore, the cavity facet can be formed by cleaving the face A, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection facet can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In this case, the cleavage plane A is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the M plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0075]
The oxide semiconductor light-emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0076]
Further, the growth plane of the ZnO substrate is an M plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is a C plane orthogonal to the M plane. Therefore, the cavity end face can be formed by cleaving the C-plane, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection end face can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In that case, the C plane, which is the cleavage plane, is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the M plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0077]
The oxide semiconductor light-emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0078]
Further, the growth surface of the ZnO substrate is an A-plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is an M-plane orthogonal to the A-plane. Therefore, the cavity end face can be formed by cleaving the M-plane, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection end face can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In that case, the M plane, which is the cleavage plane, is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the A plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0079]
The oxide semiconductor light-emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0080]
Further, the growth surface of the ZnO substrate is an A-plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is a C-plane orthogonal to the A-plane. Therefore, the cavity end face can be formed by cleaving the C-plane, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection end face can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In this case, the C plane, which is the cleavage plane, is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the A plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0081]
The oxide semiconductor light-emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0082]
Further, the growth surface of the ZnO substrate is a C-plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is an A-plane orthogonal to the C-plane. Therefore, the cavity facet can be formed by cleaving the face A, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection facet can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In that case, the cleavage plane A plane is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the C plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0083]
The oxide semiconductor light-emitting device of the present invention uses a ZnO substrate most suitable for growing a ZnO-based semiconductor layer as a substrate material. Therefore, an oxide semiconductor laser device having extremely few crystal defects and lattice distortion can be obtained.
[0084]
Further, the growth surface of the ZnO substrate is a C-plane in a hexagonal system, and a pair of resonator end faces is an M-plane orthogonal to the C-plane. Therefore, the cavity end face can be formed by cleaving the M-plane, which is an easy cleavage plane, and the flatness of the light reflection end face can be greatly improved as compared with the case where it is formed by etching. In that case, the M plane, which is the cleavage plane, is perpendicular to the bonding plane direction parallel to the C plane. Therefore, the parallelism between the two reflection end faces can be extremely increased.
[0085]
That is, according to each of the above inventions, a reflection end face having excellent flatness and parallelism can be formed by a simple method of cleavage, and an oxide semiconductor laser element excellent in optical characteristics and reliability is provided. You can do it.
[0086]
If the growth main surface of the ZnO substrate is an “off substrate” having an inclination of 15 ° or less from the growth surface, a ZnO-based semiconductor layer having excellent flatness can be obtained, and further, luminous efficiency and reliability can be improved. Thus, it is possible to provide an oxide semiconductor light emitting device excellent in the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a ZnO-based semiconductor laser device which is an example of an oxide semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the ZnO-based semiconductor laser device shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an off-angle and a light emission intensity when a ZnO single crystal substrate having an inclination with respect to a (1-1100) plane is used.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a crystal structure of a hexagonal ZnO-based semiconductor.
[Explanation of symbols]
1. n-type ZnO single crystal substrate,
2 ... n-type ZnO buffer layer,
3 ... n-type Mg 0.1 Zn 0.9 O clad layer,
4 ... n-type ZnO light guide layer,
5 ... non-doped quantum well active layer,
6 ... p-type ZnO light guide layer,
7 ... p-type Mg 0.1 Zn 0.9 O clad layer,
8 ... p-type ZnO contact layer,
9 ... n-type Mg 0.2 Zn 0.8 O current blocking layer,
10 ... n-type ohmic electrode,
11 ... p-type ohmic electrode,
12a ... MgO layer,
12b ... SiO Two layer,
12 ... multilayer reflective film,
13. ZnO-based semiconductor laser device.
Claims (10)
上記ZnO基板の成長面は、(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)の何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surfaces of the ZnO substrate are (1-1 0 0), (0-1 10), (-1 10 0), (-1 1 10), (0 1-10) and (1 1 0). 0-10), and
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The cleavage planes are (1-120), (2-1-10), (1-210), (1-120), (-2110), and (-1120). 2-10) An oxide semiconductor light-emitting device according to any one of the above items.
上記ZnO基板の成長面は、(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surfaces of the ZnO substrate are (1-1 0 0), (0-1 10), (-1 10 0), (-1 1 10), (0 1-10) and (1 1 0). 0-10), and
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The oxide semiconductor light-emitting device, wherein the cleavage plane is one of (000-1) and (000-1).
上記ZnO基板の成長面は、(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)の何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surface of the ZnO substrate includes (1-120), (2-1-10), (1-210), (1-120), (2-110) and (-1 2-10), and
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The cleavage planes are (1-1-100), (0-11), (-1010), (-1110), (01-10), and (10-1). 0) An oxide semiconductor light emitting device, which is any one of the above.
上記ZnO基板の成長面は、(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surface of the ZnO substrate includes (1-120), (2-1-10), (1-210), (1-120), (2-110) and (-1 2-10), and
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The oxide semiconductor light-emitting device, wherein the cleavage plane is one of (000-1) and (000-1).
上記ZnO基板の成長面は、(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(1−1 0 0),(0−1 1 0),(−1 0 1 0),(−1 1 0 0),(0 1−1 0)および(1 0−1 0)のうちの何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surface of the ZnO substrate is any one of (0 0 0 1) and (0 0 0-1),
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The cleavage planes are (1-1-100), (0-11), (-1010), (-1110), (01-10), and (10-1). 0) An oxide semiconductor light emitting device, wherein the device is any one of the above.
上記ZnO基板の成長面は、(0 0 0 1)および(0 0 0−1)の何れか1つであり、
各ZnO系半導体層の接合面の方向と平行に延在して導波路が形成されると共に、
上記導波路の延在方向に垂直な一対の共振器端面が劈開によって形成されており、
上記劈開面は、(1 1−2 0),(2−1−1 0),(1−2 1 0),(−1−1 2 0),(−2 1 1 0)および(−1 2−1 0)のうちの何れか1つである
ことを特徴とする酸化物半導体発光素子。An oxide semiconductor light emitting device including a hexagonal ZnO-based semiconductor layer formed on a ZnO substrate,
The growth surface of the ZnO substrate is any one of (0 0 0 1) and (0 0 0-1),
A waveguide is formed extending parallel to the direction of the bonding surface of each ZnO-based semiconductor layer,
A pair of resonator end faces perpendicular to the extending direction of the waveguide are formed by cleavage,
The cleavage planes are (1-120), (2-1-10), (1-210), (1-120), (-2110), and (-1120). 2-10) An oxide semiconductor light-emitting device, which is any one of the above items.
上記ZnO基板の成長主面は、上記成長面から15゜以下の傾斜を有することを特徴とする酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
An oxide semiconductor light emitting device, wherein a main growth surface of the ZnO substrate has an inclination of 15 ° or less from the growth surface.
上記劈開面に接して形成されると共に、屈折率が異なる複数の無機材料薄膜が積層されて成る多層反射膜
を備えたことを特徴とする酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 6,
An oxide semiconductor light emitting device comprising: a multilayer reflective film formed in contact with the cleavage plane and formed by laminating a plurality of inorganic material thin films having different refractive indexes.
上記一対の劈開面上に形成された各多層反射膜は、異なる反射率を有していることを特徴とする酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to claim 8,
An oxide semiconductor light emitting device, wherein each of the multilayer reflective films formed on the pair of cleavage planes has a different reflectance.
上記一対の劈開面上に形成された各多層反射膜の反射率は、5%以上且つ95%以下であることを特徴とする酸化物半導体発光素子。The oxide semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein
An oxide semiconductor light emitting device, wherein the reflectivity of each multilayer reflective film formed on the pair of cleavage planes is 5% or more and 95% or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002366841A JP2004200389A (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Oxide semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002366841A JP2004200389A (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Oxide semiconductor light emitting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004200389A true JP2004200389A (en) | 2004-07-15 |
Family
ID=32763920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002366841A Pending JP2004200389A (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Oxide semiconductor light emitting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004200389A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008066550A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of semiconductor light emitting device |
WO2009066725A1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Rohm Co., Ltd. | Zno-group semiconductor element |
KR101010773B1 (en) | 2005-09-22 | 2011-01-25 | 로무 가부시키가이샤 | Zinc oxide compound semiconductor element |
US8941105B2 (en) | 2005-03-24 | 2015-01-27 | Rohm Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor light emitting device |
US8946727B2 (en) | 2005-03-24 | 2015-02-03 | Rohm Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor device |
-
2002
- 2002-12-18 JP JP2002366841A patent/JP2004200389A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8941105B2 (en) | 2005-03-24 | 2015-01-27 | Rohm Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor light emitting device |
US8946727B2 (en) | 2005-03-24 | 2015-02-03 | Rohm Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor device |
KR101010773B1 (en) | 2005-09-22 | 2011-01-25 | 로무 가부시키가이샤 | Zinc oxide compound semiconductor element |
US7960727B2 (en) | 2005-09-22 | 2011-06-14 | Rohm Co., Ltd. | Zinc oxide based compound semiconductor device |
JP2008066550A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of semiconductor light emitting device |
WO2009066725A1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Rohm Co., Ltd. | Zno-group semiconductor element |
JP2009130133A (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Rohm Co Ltd | ZnO-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5972798B2 (en) | Semipolar III-nitride optoelectronic device on M-plane substrate with miscut less than +/− 15 degrees in C direction | |
JP3346735B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP5014967B2 (en) | Light emitting device and method for manufacturing light emitting device | |
JP3622562B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting diode | |
US8664688B2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting chip, method of manufacture thereof, and semiconductor optical device | |
JP3436128B2 (en) | Method for growing nitride semiconductor and nitride semiconductor device | |
JP4988179B2 (en) | Zinc oxide compound semiconductor device | |
JP3744211B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
US7397834B2 (en) | Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the nitride semiconductor laser device | |
JPH11251684A (en) | Nitride semiconductor element | |
JP4665394B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JP4356555B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP4291960B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP2891348B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JPH0888441A (en) | Gan series compound semiconductor laser element and its manufacturing method | |
JP2004200389A (en) | Oxide semiconductor light emitting element | |
JP4598040B2 (en) | Nitride semiconductor laser device | |
JPH11330622A (en) | Nitride semiconductor element | |
JPH10256673A (en) | Optical semiconductor element and its manufacture | |
JPH1146038A (en) | Nitride semiconductor laser element and manufacture of the same | |
KR100511530B1 (en) | The nitride semiconductor device | |
JP2005101536A (en) | Nitride semiconductor laser element | |
JP3800146B2 (en) | Method of manufacturing nitride semiconductor device | |
JP4430689B2 (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor laser device | |
JPH09260771A (en) | Nitride semiconductor laser element and its manufacture |